本发明属于复合材料制备
技术领域：
，尤其涉及一种协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料及其制备方法。
背景技术：
：木塑复合材料是最具潜力的一种新型的通用复合材料，它是由一种大量可再生的且价格低廉的木粉或木纤维和聚合物树脂复合而成的。它的开发对保护森林资源和生态环境，充分利用回收废旧塑料，消除白色污染具有显著的经济和社会效益。然而其缺陷之处在于木粉和热塑性塑料都具有易燃的特点，因此二者复合制备的木塑复合材料也属于易燃材料，直接应用于室内存在一定的安全隐患，这大大限制了它的应用领域。卤系阻燃剂虽然阻燃效果较好，但由于其阻燃过程中释放出有毒和腐蚀性烟气，对环境和人类的危害不容忽视，因而发展无卤阻燃技术成为阻燃研究领域的热点之一。在低烟、无卤的磷系阻燃剂中，聚磷酸铵(简写为app)因其含磷、含氮量高，磷-氮可发挥协同阻燃效应，阻燃效果优越，毒性低，使用安全并且克服了含卤阻燃剂本身烟雾大、释放的气体有毒和燃烧多熔滴的缺陷而得到广泛应用。然而由于app为高极性聚合物，易吸潮，在木塑复合材料中的分散性和结合性不好，所以加入app后，复合材料的力学性能下降明显；另一方面，app对木塑复合材料进行阻燃，添加量高，阻燃性差，对木塑复合材料加工也有一定影响。纳米石墨烯是一种新型二维纳米材料，作为阻燃剂具有阻燃效率高、环保、不降低力学性能等优点。在聚磷酸铵中加入纳米石墨烯，可大大降低聚磷酸铵的用量，且纳米石墨烯和聚磷酸铵具有协同效应，两者并用可更大程度上提高材料的阻燃性能，并且使材料的力学性能和耐热性提高。综上，现有技术存在的问题是：以聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯木塑复合材料的相容性差、力学性能低、阻燃性差、耐热性差等。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料及其制备方法。本发明是这样实现的，一种协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料，所述协效阻燃木塑复合材料按照重量份数由改性木粉30份-60份、聚丙烯40份-70份、ma-g-pp3份-6份，纳米石墨烯2份-6份、聚磷酸铵8份-12份、润滑剂1份-2份和其它助剂1份-2份组成。进一步，所述改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；所述ma-g-pp由聚丙烯断链50份-100份、马来酸酐20份-40份、过氧化二异丙苯0.5份-3份、阻交联剂0.1份-1份经熔融接枝，挤出，切粒制得；所述纳米石墨烯是由天然鳞片石墨经超声、水洗、干燥、高温还原制得；所述润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种；所述其它助剂包括抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂由四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。本发明的另一目的在于提供一种所述协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料的制备方法，所述协效阻燃木塑复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，按照重量份数称取改性木粉30份-60份、聚丙烯40份-70份、ma-g-pp3份-6份、纳米石墨烯2份-6份、聚磷酸铵份8份-12份、润滑剂1份-2份和其它助剂1份-2份；其中，改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；步骤二，将步骤一称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；步骤三，将步骤二的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；步骤四，木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。进一步，所述步骤一中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，磁子转速60r/min-100r/min，反应时间46h-48h。进一步，所述步骤三中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。进一步，所述步骤四中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。本发明的另一目的在于提供一种利用所述协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制造的门窗。本发明的另一目的在于提供一种利用所述协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制造的地板。本发明的另一目的在于提供一种利用所述协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制造的家具材料。本发明的另一目的在于提供一种利用所述协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制造的汽车材料。与现有技术相比，本发明具有如下的显著优点：1.本发明以纳米石墨烯和聚磷酸铵协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料，在聚磷酸铵较小添加量下，纳米石墨烯和聚磷酸铵的协同效应，即可大幅度提高木塑复合材料的阻燃性能、物理机械性能和耐热性能，使该新材料在各项性能方面都优于现有的阻燃型木粉/聚丙烯复合材料。2.本发明以实验室自制的ma-g-pp为相容剂，断链pp分子量适中，熔融流动性好，能先于塑料基体润湿聚磷酸铵之前，相容剂已充分润湿聚磷酸铵及纳米石墨烯，提升二者在复合材料中的分散能力和结合能力，从而提高了复合材料的力学性能。3.本发明的复合材料制备方法，将搅拌控温器、喂料器及转矩流变仪腔体组合成一套完整的设备，保证了加工过程中的连续性，避免中间过程原料的损失。4.本发明的以纳米石墨烯和聚磷酸铵协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料，其氧指数27.2-32.8，被点燃时间23.9-26.6s，热释放速率128-166kw·m-2，耐冲击强度11.2-13.3kj·m-2，材料热分解最高峰值温度336.6℃和518.3℃；而现有的以聚磷酸铵为阻燃剂的木粉/聚丙烯复合材料(按重量份改性木粉40份、聚丙烯60份、ma-g-pp6份，聚磷酸铵25份)的氧指数为26.2，被点燃时间22.9s，热释放速率172kw·m-2，耐冲击强度7.6kj·m-2，材料热分解最高峰值温度326.6℃和512.3℃综上，本发明的以纳米石墨烯和聚磷酸铵协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料具有阻燃性能好、机械性能高、耐热好的优点；同时本发明的制备方法工艺简单。附图说明图1是本发明实施例提供的协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料的制备方法流程图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。本发明实施例提供的协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料按照重量份数由改性木粉30份-60份、聚丙烯40份-70份、ma-g-pp3份-6份、纳米石墨烯2份-6份、聚磷酸铵8份-12份、润滑剂1份-2份和其它助剂1份-2份；其中，改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；所述ma-g-pp由聚丙烯断链50份-100份、马来酸酐20份-40份、过氧化二异丙苯0.5份-3份、阻交联剂0.1份-1份经熔融接枝，挤出，切粒制得；所述纳米石墨烯是由天然鳞片石墨经超声、水洗、干燥、高温还原制得；所述润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种；所述其它助剂包括抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂由四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。如图1所示，本发明实施例提供的协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料的制备方法包括以下步骤：s101：按照重量份数称取改性木粉30份-60份、聚丙烯40份-70份、ma-g-pp3份-6份、纳米石墨烯2份-6份、聚磷酸铵份8份-12份、润滑剂1份-2份和其它助剂1份-2份；其中，改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；s102:将步骤s101称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；s103:将步骤s102的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；s104:木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。步骤s101中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，磁子转速60r/min-100r/min，反应时间46h-48h。步骤s103中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。步骤s104中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。实施例1本发明实施例提供的协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料，包括以下重量份数的原料：改性木粉30份-60份、聚丙烯40份-70份、ma-g-pp3份-6份、纳米石墨烯2份-6份、聚磷酸铵8份-12份、润滑剂1份-2份和其它助剂1份-2份。实施例2本发明实施例与实施例1不同的是润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种组合。其它与实施例1相同。本发明实施例中润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。实施例3本发明实施例与实施例1不同的是其它助剂为抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。其它与实施例1相同。实施例4本发明实施例与实施例3不同的是改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；其它与实施例3相同。实施例5本发明实施例协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制备方法，协效阻燃木塑复合材料按照以下步骤进行制备：按照重量份数称取改性木粉30份-60份、聚丙烯40份-70份、ma-g-pp3份-6份、纳米石墨烯2份-6份、聚磷酸铵份8份-12份、润滑剂1份-2份和其它助剂1份-2份；其中，改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；二、将步骤一称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；三、将步骤二的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；四、木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。本发明实施例中步骤一中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种组合。润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。本发明实施例中步骤一中其它助剂为抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。实施例6本发明实施例与实施例5不同的是步骤一中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化氢0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，转子转速60r/min-100r/min，反应时间46-48小时。其它步骤及参数与实施例5相同。实施例7本发明实施例与实施例5、6不同的是步骤三中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。实施例8本发明实施例与实施例5、6不同的是步骤四中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。实施例9本发明实施例协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制备方法，协效阻燃木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数称取改性木粉40份、聚丙烯60份、ma-g-pp6份、纳米石墨烯2份，聚磷酸铵10份，润滑剂1份，其它助剂1份；其中，改性木粉由4份-8份木粉、8份-16份苯乙烯和0.5份-2份过氧化二叔丁基制成；二、将步骤一称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；三、将步骤二的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；四、木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。本发明实施例中步骤一中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种组合。润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。本发明实施例中步骤一中其它助剂为抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。本发明实施例步骤一中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，转子转速60r/min-100r/min，反应时间46-48小时。本发明实施例步骤三中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。本发明实施例步骤四中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。本发明实施例生产得到的复合材料性能参数见表一。实施例10本发明实施例协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制备方法，协效阻燃木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数称取改性木粉40份，聚丙烯60份、ma-g-pp6份、纳米石墨烯4份，聚磷酸铵10份，润滑剂1份，其它助剂1份份；其中，其中改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；二、将步骤一称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；三、将步骤二的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；四、木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。本发明实施例中步骤一中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种组合。润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。本发明实施例中步骤一中其它助剂为抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。本发明实施例步骤一中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，转子转速60r/min-100r/min，反应时间46-48小时。本发明实施例步骤三中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。本发明实施例步骤四中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。本发明实施例生产得到的复合材料性能参数见表一。实施例11本发明实施例协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制备方法，协效阻燃木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数称取改性木粉30份，聚丙烯70份、ma-g-pp6份、纳米石墨烯4份，聚磷酸铵10份，润滑剂1份-2份，其它助剂1份-2份；其中，其中改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；二、将步骤一称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；三、将步骤二的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；四、木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。本发明实施例中步骤一中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种组合。润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。本发明实施例中步骤一中其它助剂为抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。本发明实施例步骤一中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，转子转速60r/min-100r/min，反应时间46-48小时。本发明实施例步骤三中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。本发明实施例步骤四中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。本发明实施例生产得到的复合材料性能参数见表一。实施例12本发明实施例协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料制备方法，协效阻燃木塑复合材料按照以下步骤进行制备：一、按照重量份数称取改性木粉40份，聚丙烯60份、ma-g-pp6份、纳米石墨烯4份，聚磷酸铵10份，润滑剂1份-2份，其它助剂1份-2份；其中，其中改性木粉由木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份制成；二、将步骤一称取的原料置于搅拌控温机中，温度120℃-140℃条件下搅拌2min-4min，至各物料含水率为3％，将温度降至40℃-50℃，得预混料；三、将步骤二的预混料输入喂料器中，以5r/min的喂料转速加入转矩流变仪，于温度165℃-190℃条件下熔融混炼15min-20min，得到木塑复合材料熔体；四、木塑复合材料熔体通过模压或热压成型，冷却至室温，静置，即得到协效阻燃木粉/聚丙烯木塑复合材料。本发明实施例中步骤一中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钡、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种组合。润滑剂为混合物时，各种润滑剂间可按任意比混合。本发明实施例中步骤一中其它助剂为抗氧剂、增塑剂；其中抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二丙酸双月桂酯；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸二丁酯。本发明实施例步骤一中改性木粉的制备方法为：将木粉4份-8份、苯乙烯8份-16份和过氧化二叔丁基0.5份-2份混合均匀，氮气保护，室温下震荡反应即得到改性木粉，转子转速60r/min-100r/min，反应时间46-48小时。本发明实施例步骤三中扭矩流变仪各区温度为180℃、190℃、190℃，转子转速为60r/min。本发明实施例步骤四中热压或模压成型时将木塑复合材料熔体置于平板硫化机上热压成板材，上下压板的温度均为165℃，压制时间10分钟。本发明实施例生产得到的复合材料性能参数见表一。性能测试对本发明的实施例9-12所得协效阻燃木粉/聚丙烯复合材料进行性能测试，结果见表一。表一协效阻燃木粉/聚丙烯复合材料性能测试数据测试项目实施例9实施例10实施例11实施例12氧指数/％27.228.629.732.8点燃时间/s23.924.223.726.6峰值热释放速率/kw·m-2166163158128耐冲击强度/kj·m-211.812.613.211.2表一性能数据测试说明：氧指数按astmd2836的标准方法进行测试；点燃时间、峰值热释放速率按照iso5600-1-2002的标准进行测试；冲击强度按照gb/t1843-1996测试。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12